四冲程涡轮增压柴油机扫气特性研究

摘要

现代内燃机的技术日新月异，如今被广泛应用的新技术中，涡轮增压、可变气门、可变歧管等均以改善内燃机换气过程为目的，由此可见换气过程在内燃机工作中的重要地位。而扫气作为内燃机换气过程中一个重要的组成部分，直接影响着内燃机缸内残余废气量与受热零部件的热负荷，继而影响发动机的动力性、经济性、排放水平以及整机的可靠性。长期以来，二冲程发动机的扫气过程始终是热门的研究对象，但四冲程发动机，尤其是四冲程柴油机的扫气过程研究却未能得到大范围的开展，本文即致力于涡轮增压四冲程柴油机的扫气特性研究。
　　本文采用实验、一维工作过程数值模拟与三维 CFD数值模拟三者结合的方法，研究四冲程涡轮增压柴油机的扫气特性，主要工作内容及结论如下：
　　首先，开展柴油机进排气瞬态流动台架实验，并根据实验所测的压力波数据进行该型发动机扫气特性的分析，结果表明该机在高转速及低转速扫气性能较差，尤其是高速低负荷工况的扫气性能急需改善。
　　其次，本文利用GT-Power软件进行该型柴油机的一维工作过程数值模拟，模拟结果表明排气门正时对扫气性能的影响最大，进气门正时次之，排气管的结构参数在有限的变化范围内对其影响较小。
　　然后，本文进行了发动机性能与扫气过程的一维参数优化，确定了发动机较优性能下的进排气正时及排气管结构，即在保持排气歧管长度不变的同时将直径减小5mm，进、排气门正时均推迟10 ℃A。优化后全工况缸内残余废气系数及排气温度均得以降低，尤其是高速低负荷工况残余废气系数降低1％左右，排气温度降低12℃左右，但动力性稍有下降，燃油消耗率升高约0.2%左右。
　　最后，利用AVL-Fire软件进行了该型柴油机优化前后的三维瞬态数值模拟，进一步分析原型机与优化后机型的三维流动形态，对比优化前后的扫气流动细节，分析了扫气性能得以优化之处。

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1 绪 论

1.1 选题背景与意义

1.2 扫气性能的国内外研究现状

1.3 二、四冲程发动机换气过程对比

1.4 本文研究目的

1.5 本文研究内容

2 数学模型及计算原理

2.1 工作过程数值模拟理论基础

2.2 计算流体动力学的理论基础

2.3 本章小结

3 涡轮增压柴油机扫气特性实验研究

3.1 实验相关信息说明

3.2 转速对发动机扫气能力的影响分析

3.3 负荷对发动机扫气能力的影响分析

3.4 全工况下发动机扫气能力分析

3.5 本章小结

4 涡轮增压柴油机扫气特性一维数值模拟研究

4.1 GT-Power软件简介

4.2 工作过程数值模拟模型的建立

4.3 工作过程数值模拟模型的验证

4.4 扫气特性一维数值模拟研究

4.5 本章小结

5 涡轮增压柴油机扫气特性三维数值模拟研究

5.1 AVL-Fire软件简介

5.2 三维数值模拟模型的建立

5.3 边界条件与初始状态设定

5.4 扫气特性三维数值模拟研究

5.5 本章小结

6 全文总结及工作展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献